四川省内江市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题

这是一份四川省内江市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题，共19页。试卷主要包含了解答题等内容，欢迎下载使用。

一、解答题
1．（2021届四川省内江市高三（下）第三次模拟物理试题）如图所示，半径为的光滑圆弧轨道，为圆心，与长度为的光滑水平轨道在A处相切，它与水平粗糙足够长的轨道在同一竖直面内。现有一小滑块从圆弧轨道上的P点由静止释放，。当滑块经过A点时，静止在轨道上质量为的凹槽（质点），在的水平恒力F作用下开始启动，运动一段时间后撤去此力，又经过一段时间后，当凹槽在轨道上运动了时，凹槽的速度达到，此时，小滑块恰好落入凹槽中。凹槽与轨道间的动摩擦因数为0.4。重力加速度为。求：
（1）凹槽运动的最大速度；
（2）两个水平轨道间的高度。
2．（2021届四川省内江市高三（下）第三次模拟物理试题）如图甲所示，粒子源A紧贴在竖直放置的平行金属板M、N的M板中点外侧，M、N板间的电压为，在N板的右侧有一对长为L，间距为的水平平行金属板P、Q，金属板P、Q间的电压随时间t变化的图像如图乙所示。竖直极板M、N的中间开有小孔，两小孔的连线为水平金属板P、Q的中线，与磁场的左边界（虚线）的交点为O。在金属板P、Q的边缘虚线右侧存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场，在金属极板Q的上方磁场的左边界上，放有足够长的感光胶片。现使粒子源连续释放出初速度不计、质量为m、电荷量为的粒子，粒子在偏转电场中运动的时间远小于偏转电场的周期，磁场的磁感应强度为 ，粒子的重力不计。求：
（1）粒子进入偏转电场时的速率；
（2）当粒子以磁场左边界成α角的速度进入磁场区域时，粒子距磁场左边界的最大距离；
（3）所有粒子打在磁场左边界感光胶片上的感光长度。
3．（2021届四川省内江市高三（下）第三次模拟物理试题）在疫情过程中需要大量的氧气。医用大氧气瓶的体积为，能承受的最大压强为150个大气压，使用前将其抽成真空。现将60罐体积为的小氧气瓶中的氧气，通过专业压缩泵将氧气装入大氧气瓶中储备、运输。装入前每个小氧气瓶中气体的压强为15个大气压，装入后每个小氧气瓶中剩余气体的压强为1.2个大气压，装入前、后大小氧瓶的室度均为27℃。氧气可视为理想气体。求：
（i）在室温下将氧气压入大氧气瓶后，大氧气瓶内气体的压强；
（ii）若将大氧气瓶中温度降为-33℃，此时大氧气瓶中气体的压强。
4．（2021届四川省内江市高三（下）第三次模拟物理试题）雨过天晴，人们常常看到天空中出现彩虹，它是由太阳光照射到空气中的小水珠上时出现的奇观现象。如图所示，现有一束单色细光线射入小水珠，水珠可视为一个半径为的小球，球心O到入射光线的垂直距离为，水的折射率为。光速，。则：
（i）这束光线从射入小水珠，经第一次折射出小水珠，其出射光线与入射光线偏转的角度是多少？
（ii）这束光线从射入小水珠，经第一次反射后又从水珠中射出的过程中，光在小水珠中传播的时间是多少？
5．（2022届四川省内江市高三（下）第三次模拟考试理综物理试题）如图，长为L的轻杆两端，各固定一个质量分别为m和2m小球AB（均可视为质点），轻杆绕距B球处的光滑转轴O，在竖直平面内沿顺时针方向自由转动。当杆转至图中水平位置时，A球的速度为v0。不计空气阻力，重力加速度为g。求：
（1）A球运动到最低点时速度大小；
（2）如果A球的速度v0=，那么，当A球运动到最低点时，转轴对杆的弹力大小。
6．（2022届四川省内江市高三（下）第三次模拟考试理综物理试题）如图，两根平行光滑的金属导轨M1N1P1和M2N2P2，由四分之一圆弧与水平两部分构成，导轨的末端固定两根绝缘柱，弧形部分的半径r=0.8m、导轨间距L=1m，导轨水平部分处于竖直向上、磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场中，两根完全相同的金属棒a、b分别垂直于导轨，静置于圆弧顶端M1M2处和水平导轨中的某位置，两金属棒的质量均为m=1kg、电阻均为R=2Ω。现将金属棒a由静止释放，沿圆弧导轨滑入水平导轨，此后，金属棒b向右运动，在导轨末端与绝缘柱发生碰撞且无机械能损失，在金属棒b接触绝缘柱之前两棒已匀速运动且未发生碰撞。金属棒b与绝缘柱发生碰撞后，在距绝缘柱x =0.5m的AA2位置与金属棒a发生碰撞，碰后停在距绝缘柱：x2=0.2m的A3A4位置。整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，g=10m/s2，不计空气阻力。求：
（1）金属棒a刚滑人水平导轨时，受到的安培力大小；
（2）金属棒b与绝缘柱碰撞后到与金属棒a碰撞前的过程中，整个回路产生的焦耳热；
（3）金属棒a和b在碰撞过程中损失的机械能。
7．（2022届四川省内江市高三（下）第三次模拟考试理综物理试题）如图，图中A、B汽缸的长度均为L=30 cm，横截面积均为S，A、B汽缸分别是左侧壁和右侧壁导热，其余部分均绝热C是可在汽缸B内无摩擦滑动的、体积不计的绝热轻活塞，D为阀门（细管中的体积不计）。起初阀门关闭，活塞紧靠B汽缸左壁，A内有压强p=2.0×105Pa的氮气，B内有压强p=1.0×105Pa的氧气，环境温度为T0=300K。现将阀门打开，活塞C向右移动，最后达到平衡。求：
（1）活塞C移动的距离；
（2）现给B内气体加热，达到平衡时活塞恰好回到初始位置，此时B内气体温度。
8．（2021届广东省东莞市高三（下）开学考试物理试题）如图为三棱柱形棱镜的横截面，该横截面为直角边为的等腰直角三角形。一细光束由面斜射入，并逐渐调节入射角及入射点的位置，使细光束经面折射后直接射到面，且当细光束与面的夹角为时，该细光束恰好不能从面射出。求：
(1)该棱镜的折射率为多大？
(2)如果入射点到A点的距离为，光在真空中的传播速度为，则光束从面传播到面所用的时间应为多少？（结果可保留根号）
9．（2023届四川省内江市高三下学期第三次模拟考试理综物理试题）如图，在竖直平面内，光滑圆弧轨道和水平轨道PA在A点相切，BC为圆弧轨道的直径，O为圆心，半径OA和OB之间的夹角为，一质量为m的小球沿水平轨道从P点向右运动，经A点沿圆弧轨道通过C点，最后落至水平轨道PA上，现要使小球在C点所受合力的方向指向圆心O，且此时小球对轨道的压力恰好为零，就必须在C点对小球施加一个外力，重力加速度大小为g。求：
（1）这个外力的最小值及方向；
（2）小球在A点时对轨道的压力。
10．（2023届四川省内江市高三下学期第三次模拟考试理综物理试题）如图，在竖直平面内xOy坐标系中，第Ⅰ、Ⅳ象限有垂直于坐标平面向里的匀强磁场；一平行板电容器水平放置，板长为2L，板间距也为2L，电容器中心P点的坐标为（-4L，0），y轴上M点的坐标为（0，3L）；一竖直放置的绝缘弹性薄挡板固定于x轴上的Q（-2L，0）处，板长略小于3L，Q为挡板中心。现有一质量为m、电荷量为q的带负电粒子，以初速度v0从电容器左侧A点沿x轴正向射入两板间，从M点进入磁场，此时电场反向且场强大小不变，粒子最终恰好返回出发点A，已知带电粒子与弹性绝缘挡板碰撞前后，沿y轴方向分速度不变，沿x轴方向分速度反向，大小不变，不计粒子重力。求：
（1）电容器两极板间所加的电压；
（2）若粒子仅与挡板碰撞一次，那么，粒子在磁场中运动的半径；
（3）若粒子仅与挡板碰撞3次，那么，磁场的磁感应强度大小。
11．（2023届四川省内江市高三下学期第三次模拟考试理综物理试题）气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置，其简化结构如图所示．直立圆柱形密闭汽缸导热良好，横截面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接，初始时汽缸内密闭一段长度为，压强为的理想气体，汽缸与活塞间的摩擦忽略不计，车辆载重时相当于在汽缸顶部增加一个物体A，稳定时汽缸下降了，气体温度保持不变，求：
（1）物体A的重力大小；
（2）如果大气压强为，为使汽缸升到原位置，需向汽缸内充入与汽缸温度相同的大气体积。
12．（2022届安徽省合肥市高三（下）第二次教学质量检测理综物理试题）如图所示，阴影部分ABC为一由均匀透明材料做成的柱形光学元件的横截面，材料的折射率n=2，弧AC是一半径为R的圆弧，D为圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源，不考虑二次折射。求：
（1）当光从AB中点E射出时，折射光的反向延长线交AD于F点，求AF的长度；
（2）AB边有光射出的区域的长度。
参考答案：
1．（1）；（2）
【详解】(1)设凹槽加速运动时的加速度为a，根据牛顿第二定律
当凹槽刚撤去外力F时，运动的速度最大，由动能定理得
根据运动学公式
由以上各式解得
(2)设凹槽加速运动的时间为t，撤去F后减速运动的时间为，由动量定理得
对于凹槽加速度运动
小滑块从圆弧轨道上运动到A，由动能定理得
滑块从A运动B的时间为，由运动学公式得
滑块做平抛运动的时间为
由平抛运动得下落的高度为
由以上各式解得
2．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）粒子经加速电场后，由动能定理得
进入偏转电场的速率
（2）设粒子以速度v进入磁场，与磁场边界的夹角为，最大距离为x
在磁场中有
最大的距离
粒子沿水平方向的速度为
由以上各式解得
（3）粒子在时间内，不发生偏转沿直线运动垂直射入匀强磁场，粒子打在感光胶片上的位置与射入点O的距离为
在磁场中有
由以上两式解得
粒子在的时间内，发生偏转作类平抛运动。设粒子射入磁场时的速度为v，速度的偏转角为β
根据几何关系有
在磁场中有
粒子在磁场中射出时与入射点的距离为
由以上三式解得
粒子在偏转电场中的最大偏转距离
感光长度为
由以上各式解得
3．（i） ；（ⅱ）
【详解】(1)设初始时小氧气瓶中气体体积为，压强为，抽出氧气后小氧气瓶中剩余气体的压强为，当压强变为时，其体积膨胀为，由玻意耳定律得
解得
每罐氧气瓶中被压入大氧气瓶中的气体，在室温和条件下的体积为
设60罐小氧气瓶气体压入大氧气瓶中，气体的压强为，体积
由玻意耳定律得
各式解得
(2)室温时氧气的温度，降温后氧气的压强为，温度为
由查理定律得
解得
4．（i）；（ⅱ）
【详解】(i)光线从射入水珠到第一次射出水珠时，光路图如图所示
由几何关系得
根据折射定律
可得
光线偏转的角度
由以上各式解得
(ii)在从光线射入水珠内，经第一次反射后又从水珠中射出的过程中，光路图如图所示
传播的距离
光在水珠中传播的速度
传播的时间
由以上各式解得
5．（1）v0；（2）3mg
【详解】（1）在A小球下降的运动中，系统重力势能的减少量为
由能量守恒可得
解得A球运动到最低点时速度大小为
（2）当A球在最低点时，由牛顿第二定律可得
解得
FA方向向上。
A、B共轴，转动角速度相同，由，可得此时B球速度为
又
v0=
当B球在最高点时，由牛顿第二定律可得
解得
由计算结果可知FB方向向上，由牛顿第三定律可知A和B对轻杆的弹力均竖直向下，则转轴对杆的弹力大小为
6．（1）4N；（2）3J；（3）0.64J
【详解】（1）金属棒a下滑运动中，则有
金属棒a将要滑入水平导轨时，产生感应电动势
回路中的电流
金属棒a受到的安培力
联立解得安培力大小
F=4N
（2）以金属棒a、b为系统，在要碰到绝缘柱之前动量守恒，由动量守恒定律可得
金属棒b与绝缘柱碰撞后等速率返回，以两金属棒为系统动量仍然守恒，可总动量是零
两金属棒相向运动到相碰，位移大小相等均为0.5m，对金属棒b由动量定理可得
由电磁感应定律可得
磁通量的变化量为
平均电流
由能量转化和守恒定律，可得焦耳热
联立解得
Q=3J
（3）金属棒a、b碰后，金属棒b减速到零的运动中，a、b两金属棒速度总等大反向，对b由动量定理可得
由电磁感应定律可得
磁通量的变化量为
平均电流
损失的机械能
由以上各式解得
E损=0.64J
7．（1）10cm；（2）600K
【详解】（1）最后平衡时A、B中气体压强相等设为p ，由玻意尔定律对A部分气体有
对B部分气体有
解得
x=10cm
（2）给B加热，活塞恰好回到初始位置的过程中，对B部分气体有
由玻意尔定律，对A部分气体有
因活塞恰好回到初始位置，活塞与汽缸B的左壁无相互作用
解得
8．(1)；(2)
【详解】(1)由题意作出光路图，如图所示。
由几何关系可知，入射角为
由于光束在面恰好发生了全反射，则
又因为
在面上，有
联立解得棱镜的折射率为
(2)因为，所以，则
光在棱镜中的速度
则光束从面传播到面所用的时间为
解得
9．（1），方向与合力方向CB垂直，与竖直方向成角斜向上；（2），方向竖直向下
【详解】（1）根据平行四边形定则，当这个外力F与合力方向垂直时，外力最小。根据作图可知，外力的方向与合力方向CB垂直，与竖直方向成角斜向上，如图所示
根据几何关系可得
代入数据解得
（2）在C点，由牛顿第二定律得
合力的大小为
解得
从A点到C点，由机械能守恒得
解得
在A点，由牛顿第二定律得
解得轨道对小球的支持力为
根据牛顿第三定律，小球对轨道的压力大小为，方向竖直向下。
10．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）粒子在平行板电容器间做类平抛运动，水平方向，有
竖直方向，有
粒子出平行板电容器后做匀速直线运动，则
由以上各式解得
（2）设粒子从M点射入磁场时，速度与轴夹角为θ，则
粒子与挡板只碰撞一次，粒子运动的轨迹如图所示
粒子运动的轨道半径为，碰撞前后出入磁场两点之间的距离为
由几何关系可得
解得
（3）设粒子与挡板碰撞次，由题意画出粒子运动轨迹，如图所示
设粒子在磁场中做圆周运动的半径大小为，偏转一次后在y负方向偏移量为，由几何关系得
为保证粒子最终能回到P，应满足
由以上各式解得
11．（1）；（2）
【详解】（1）设汽缸下降后，气体压强为，由玻意耳定律
解得
气体对汽缸上表面的压力增加量等于物体A的重力大小
解得
（2）要使汽缸恢复到原位置，需向汽缸冲入压强，体积的气体，这些气体在大气压强下的体积为，由玻意耳定律
解得
12．（1）；（2）
【详解】（1）设光线在E点的入射角为，折射角为，由
可得
则
（2）设光线在AB边上发生全反射时的入射角为，则
因此
所以AB边有光射出的区域的长度